【正文】 higher buildings and structures implies that wind engineering researchers will be faced with more new challenges, even problems they are currently unaware of. Therefore, more efforts are necessary to resolve engineering design problems, as well as to further the development of wind engineering. 超高層建筑結(jié)構(gòu)橫向風(fēng)荷載效應(yīng) 摘要 隨著建筑高度的不斷增加，橫向風(fēng)荷載效應(yīng)已經(jīng)成為影響超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計越來越重要的因素。對超高層建筑結(jié)構(gòu)的橫向風(fēng)荷載效應(yīng)的研究成果主要包括橫向風(fēng)荷載的動力以及動力阻尼的測定，數(shù)據(jù)庫的開發(fā)和等效靜力風(fēng)荷載的理論方法的等等。 引言 隨著科技的發(fā)展，建筑物也越來越長、高、大，越來越對強(qiáng)風(fēng)敏感。 828 米高的迪拜塔已經(jīng)建造完成。 達(dá)文最初引入隨機(jī)的概念和方法應(yīng)用發(fā)哦順風(fēng)向荷載效應(yīng)的建筑物和其他結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)研究。只有少數(shù)國 家在他們的荷載規(guī)范里有相關(guān)的內(nèi)容和規(guī)定。索拉里認(rèn)為橫風(fēng)向荷載主要由于尾流 的原因所引起。同時，氣體的彈性效應(yīng)可以被認(rèn)為是氣體動力阻尼。風(fēng)洞試驗技術(shù)主要包括氣體彈性模型試驗、高頻力平衡試驗以及對多點壓力測量的剛性模型實驗技術(shù)。 這種方法采用的是氣動彈性模型的橫風(fēng)向風(fēng)振響應(yīng)，結(jié)合動態(tài)特性的模型識別橫風(fēng)向氣動力。 風(fēng)壓積分法 研究人員建議用風(fēng)壓積分法獲取更準(zhǔn)確的高層 建筑橫風(fēng)向氣動力。然而 ,湍流強(qiáng)度 被認(rèn)為對總能量 幾乎沒有影響 ?；诖罅康慕Y(jié)果 ,導(dǎo)出 橫風(fēng)向 湍流激勵和激發(fā)后 的 PSD 計算公式 。 高頻測力平衡技術(shù) 與壓力測量技術(shù) 相比，高頻力平衡技術(shù)對于得到總氣動力有其獨(dú)特的優(yōu)勢，檢測和數(shù)據(jù)分析過程都很簡單。賽馬可等人是第一批把此技術(shù)應(yīng)用到模型測量的人。對于在城市和郊區(qū)具有不同截面形式的高層建筑的橫風(fēng)向氣動力研究表明對于建筑物風(fēng)的不確定以及結(jié)構(gòu)參數(shù)對橫風(fēng)向空氣動力的設(shè)計有很小的影響并且順風(fēng)向和橫風(fēng)向氣動力或扭矩之間的聯(lián)系時微不足道的。事實上，基于大量的風(fēng)隧道檢測結(jié)果典型高層建筑橫風(fēng)向氣動力系數(shù)的公式已經(jīng)被我們建立了。 后來，研究人員對這個問題進(jìn)行了大量的研究并且找到了有效的方案來確定氣動阻尼。此外，研究人員意識到風(fēng)因素的影響規(guī)律。 史迪克最初制造了一批測定總氣動力、氣動阻尼力與氣動力的強(qiáng)迫振動測量設(shè)備。這種方法的優(yōu)點是真實的建筑特性并非必須被考慮到。在這些方法中隨機(jī)減量法、時域方法被廣泛采用以確定高層建筑的氣動阻尼。田村等人用隨機(jī)減量技術(shù)確定超高層建筑氣動阻尼。這些氣動參數(shù)包括大跨度橋梁氣動剛度和阻尼。 規(guī)范的實用性 如上 所說，雖然研究者一直關(guān)注高層建筑風(fēng)荷載超過 30 年了，但被廣泛接受的橫風(fēng)向風(fēng)荷載數(shù)據(jù)庫和計算方法，等效靜力風(fēng)荷載尚未開發(fā)。而且此方法在這種方法里氣動阻尼沒有被考慮。目前，對超高層建筑結(jié)構(gòu)橫風(fēng)向荷載的研究主要包括橫風(fēng)向風(fēng)荷載的機(jī)制，橫風(fēng)向氣動力、氣動阻尼和在規(guī)范中的應(yīng)用。 本文來自： 。最后介紹了典型的 案例，在這個案例中建造更高層建筑的趨勢預(yù)示著風(fēng)工程研究人員將面臨著更多更新的挑戰(zhàn)，甚至到現(xiàn)在他們都沒有意識到的問題。在題為“高層建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計詳細(xì)說明”里，我們的研究成果已經(jīng)通過。于其他國家相比，日本建筑協(xié)會提供了計算高層建筑結(jié)構(gòu)橫風(fēng)向荷載的最好方法。它能克服隨機(jī)變量法的弱噪音抵抗力和需要大量實驗數(shù)據(jù)的缺點。這些研究成果已通過相關(guān)的中國規(guī)范。馬克采用隨機(jī)減量法確定高層建筑順橫風(fēng)向氣動阻尼。這種方法的的主要缺點是它需要復(fù)雜的設(shè)備，尤其是直到現(xiàn)在多元耦合裝置是不可用的?？虏噲D對諧波振動建筑模型測量風(fēng)壓獲得總氣動力?？ɡ锬返热耸堑谝慌岢鐾ㄟ^比較來確定氣動阻尼的方法。第二種方法是從由氣動彈性模型或強(qiáng)迫振動模型所得到的總氣動力中分離出氣動阻力。他指出由在一定范圍內(nèi)風(fēng)壓力測試獲得的橫風(fēng)向氣動力計算而得到的橫風(fēng)向風(fēng)振響應(yīng)總是比那些相同建筑模型的氣動彈性模型要小。這個結(jié)論對于三維方向精確的風(fēng)荷 載模型是很重要的。由常和達(dá)文發(fā)展的平衡技術(shù)標(biāo)志著平衡設(shè)備的成熟。目前這項技術(shù)被廣泛應(yīng)用于作用在超高層建筑 結(jié)構(gòu)的全風(fēng)荷載以及動力響應(yīng)計算。然而 ,考慮到在這類方法需要大量的大規(guī)模的結(jié)構(gòu) 測壓 ， 同步測量 風(fēng) 壓是很難實現(xiàn)的。 梁等人使用這種方法檢查了建筑物上的典型矩形邊界層風(fēng)洞 橫風(fēng)向 氣動力 ， 從而提出高大的建筑物的經(jīng)驗公式 和橫風(fēng)向 動態(tài)響應(yīng)模型。影響橫風(fēng)向氣動力的因素主要有湍流強(qiáng)度、湍流尺度。然而進(jìn)一步試驗表明您橫風(fēng)向氣動阻力與氣動力混合在一起，使他難以準(zhǔn)確地提取氣動阻尼力。 橫風(fēng)向氣動力 如上所述，橫風(fēng)向氣動力基本上可以通過以下途徑獲得： 從氣動彈性模型在一個風(fēng)洞的橫風(fēng)向響應(yīng)確定橫風(fēng)向氣動力；通過剛性模型風(fēng)壓空間一體化獲得橫向風(fēng)動力；使用高頻測力天平技術(shù)測量基底彎矩來獲得廣義的氣動力。因此，橫向風(fēng)荷載譜不能直接作為一個脈動風(fēng)速譜。目前，高層建筑橫風(fēng)向荷載機(jī)制已被人為是流入湍流激發(fā)、尾流激發(fā)、以及氣動彈性影響。 橫風(fēng)向荷載及作用機(jī)制 過去的研究主要集中在橫風(fēng)向荷載機(jī)制。對現(xiàn)代超高層建筑結(jié)構(gòu)，橫風(fēng)向風(fēng)荷載的作用可能已經(jīng)超過順風(fēng)向荷載效用。隨著高度的增加，輕質(zhì)高強(qiáng)材料的使 用，風(fēng)荷載效應(yīng)特別是具有低阻尼的超高層建筑橫向風(fēng)動力響應(yīng)將變得更加顯著。例如，超高層建筑現(xiàn)在在全世界普遍流行。然后我們在闡述我們的研究成果。這些都是非常復(fù)雜的。 obtaining acrosswind aerodynamic force through spatial integration of wind pressure on rigid models。 thus, the acrosswind force spectra cannot be directly expressed as a function of inflow fluctuating wind velocity spectra. Wind tunnel test technique for unsteady wind pressures or forces is presently a main tool for studying acrosswind aerodynamic forces. The wind tunnel experiment technique mainly involves the aeroelastic building model experiment technique, high frequency force balance technique, and rigid model experiment technique for multipoint pressure measurement. Using data of acrosswind external aerodynamic force and acrosswind aerodynamic damping, acrosswind responses and the equivalent static wind load of buildings and structures can be puted for the structural design of supertall buildings and structures. Acrosswind aerodynamic force As stated above, the acrosswind aerodynamic force can be obtained basically through the following channels: identifying acrosswind aerodynamic force from acrosswind responses of an aero elastic building model in a wind tunnel。高層建筑結(jié)構(gòu)的橫向風(fēng)荷載效應(yīng)被認(rèn)為由空氣湍流，搖擺以及空氣流體結(jié)構(gòu)相互作用所引起的。在本文中，我們首先審查目前國內(nèi)外關(guān)于超高層 建筑結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載的影響的研究。因此，風(fēng)工程研究人員面臨著更多新的挑戰(zhàn)，甚至一些未知的問題。在發(fā)達(dá)國家，甚至有人建議建造數(shù)千米的“空中城市”。之后，研究人員完善了相關(guān)的理論和方法，并且主要的研究成果已經(jīng)反映在一些國家的結(jié)構(gòu)設(shè)計荷載規(guī)范里。 因此，研究超高層建筑結(jié)構(gòu)橫風(fēng)向風(fēng)振和等效靜力荷載在超高層建筑設(shè)計領(lǐng)域內(nèi)具有重要的理論意義和實用價值?？ɡ锬仿暦Q橫風(fēng)向的效應(yīng)主要是由分離剪切層和尾流波動引起的橫向均勻壓力波動所引起的。橫風(fēng)向氣體動力不再像順向風(fēng)一樣符合準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)假設(shè)。用橫風(fēng)向外部動力，橫風(fēng)向氣動阻尼，橫向風(fēng)響應(yīng)和建筑結(jié)構(gòu)等效靜力風(fēng)荷載的數(shù)據(jù)可以對超高層建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行計算。墨爾本對對一系列圓形、方形、六角形、多邊形沿高度分布進(jìn)行氣動彈性模型風(fēng)洞試驗。伊斯蘭等人采用這種方法得到橫風(fēng)向氣動力，陳等人研究了典型建筑結(jié)構(gòu)在不同風(fēng)場條件橫風(fēng)向氣動力。因此 ,研究人員 在某種程度上 已經(jīng)意識到了 在 風(fēng)力條件 定量規(guī)則的變化 橫風(fēng) 氣動 力 。 第一廣義 的橫風(fēng)向 氣動力計算可以通過 在剛性 建筑模型 整合壓力分布 得到， 這是 該方法 一個重要的 優(yōu)越性。因此這項技術(shù)通常應(yīng)用于初期設(shè)計階段的建筑外觀的選擇。他們最初提出平衡模型系統(tǒng)應(yīng)有一個比風(fēng)力頻率更高的固有頻率。但橫風(fēng)向動力和扭矩之間的聯(lián)系是非常密切的。 橫風(fēng)向氣動阻尼 1978 年卡里姆對基于氣動彈性模型技術(shù)和風(fēng)壓積分法的高層建筑橫風(fēng)向動力響應(yīng)做了一次調(diào)查研究。第一種方法是通過比較基于來自剛性模型試驗和氣動彈性模型試驗的氣動力所得到的到哪個臺響應(yīng)。這些因素包括結(jié)構(gòu)形狀、結(jié)構(gòu)動力參數(shù)、風(fēng)條件等等。他測量高層建筑模型基底彎矩是通過一個專門的設(shè)計裝置產(chǎn)生振動所產(chǎn)生的有關(guān)的氣動力從總氣動力脫離進(jìn)而分解為氣動應(yīng)力和氣動阻尼力獲得氣動阻尼。這種方法更方便更實用，特別是在推廣實驗結(jié)果。杰瑞介紹隨機(jī)減量法來識別結(jié)構(gòu)阻尼。全等人通過實驗確定在不同的風(fēng)領(lǐng)域具有不同結(jié)構(gòu)中阻尼方形截面的橫風(fēng)向氣動阻尼，并得出了一個經(jīng)驗公式。于隨機(jī)變量法相比，隨機(jī)空間識別方法具有更多的優(yōu)點。此外，只有少數(shù)國家采用相關(guān)的規(guī)定和代碼。 在目前的 建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范只提供了一個簡單的方法來計算渦激共振的高聳結(jié)構(gòu)，而一般不適用于高層建筑結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計。因此我們的一些研究成果主要有典型建筑結(jié)構(gòu)的橫風(fēng)向力，氣動阻尼以及在中國規(guī)